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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Este estudio presenta el ensayo bidimensional (2D) de migración de heridas por arañazo y el ensayo tridimensional (3D) de brotes esferoides, junto con sus respectivos métodos de análisis posteriores, incluida la extracción de ARN y la inmunocitoquímica, como ensayos adecuados para estudiar la angiogénesis in vitro.
La angiogénesis desempeña un papel crucial en los procesos fisiológicos y patológicos del organismo, como el crecimiento tumoral o la enfermedad ocular neovascular. Una comprensión detallada de los mecanismos moleculares subyacentes y modelos de cribado fiables son esenciales para atacar las enfermedades de forma eficaz y desarrollar nuevas opciones terapéuticas. Se han desarrollado varios ensayos in vitro para modelar la angiogénesis, aprovechando las oportunidades que ofrece un entorno controlado para dilucidar los impulsores angiogénicos a nivel molecular y detectar dianas terapéuticas.
Este estudio presenta flujos de trabajo para investigar la angiogénesis in vitro utilizando células endoteliales de la vena umbilical humana (HUVECs). Detallamos un ensayo de migración de heridas por arañazo que utiliza un sistema de imágenes de células vivas que mide la migración de células endoteliales en un entorno 2D y el ensayo de germinación de esferoides que evalúa la germinación de células endoteliales en un entorno 3D proporcionado por una matriz de colágeno. Además, describimos estrategias para la preparación de muestras que permitan análisis moleculares adicionales, como la transcriptómica, particularmente en el entorno 3D, incluida la extracción de ARN y la inmunocitoquímica. En conjunto, este marco ofrece a los científicos un conjunto de herramientas fiables y versátiles para llevar a cabo sus investigaciones científicas en ensayos de angiogénesis in vitro .
La angiogénesis, que se refiere a la formación de nuevos vasos sanguíneos a partir de los preexistentes1, es un proceso crucial durante el desarrollo fisiológico y las condiciones patológicas. Es indispensable para proporcionar energía a tejidos altamente activos metabólicamente como la retina2 o el sistema nervioso central en desarrollo3 y durante la curación de tejidos dañados4. La angiogénesis anormal, por otro lado, es la base de numerosas enfermedades. Los tumores sólidos, como el cáncer colorrectal o el cáncer de pulmón de células no pequeñas, facilitan su crecimiento y el suministro energético necesario al promover la angiogénesis5. Además del cáncer, las enfermedades neovasculares del ojo como la retinopatía diabética o la degeneración macular asociada a la edad, que representan las principales causas de ceguera en el mundo desarrollado, son el resultado de un crecimiento aberrante de los vasossanguíneos 6,7. Una comprensión detallada del mecanismo patológico subyacente es crucial para comprender cómo se puede mejorar la angiogénesis fisiológica, por ejemplo, en la cicatrización de heridas, al tiempo que se controlan mejor las condiciones patológicas como las enfermedades oculares vasoproliferativas.
A nivel celular, las células endoteliales vasculares son activadas por diversas moléculas señalizadoras en la angiogénesis, iniciando la proliferación y migración celular8. Posteriormente, las células se organizan en una jerarquía, con células de punta no proliferantes que forman filopodios en el borde delantero de la rama del vasoen desarrollo 8. Al lado, las células del tallo que proliferan rápidamente siguen a las células de la punta, lo que contribuye a la formación del vaso emergente. Posteriormente, se reclutan otros tipos de células, como los pericitos o las células musculares lisas, para estabilizar aún más la rama naciente9.
Para explorar los procesos moleculares a nivel de las células endoteliales vasculares, se han desarrollado numerosos protocolos in vitro y recientemente se han revisado10. Estos ensayos suelen dividirse en dos categorías: enfoques 2D más simplistas pero escalables y protocolos 3D más elaborados. En un proyecto reciente, llevamos a cabo un análisis comparativo exhaustivo entre el ensayo 2D de migración de heridas por arañazo y el ensayo 3D de brotes esferoidales11 para evaluar el alcance de sus diferencias y su capacidad para modelar varios aspectos de la angiogénesis12.
Si bien ambos ofrecen las ventajas de ser confiables y fáciles de implementar, a nivel molecular, el ensayo de brote de esferoides en 3D fue favorable para abordar aspectos clave de la angiogénesis en comparación con los datos in vivo, como los interruptores metabólicos o las interacciones célula-matriz. Dado que los ensayos de angiogénesis in vitro se utilizan para evaluar el potencial angiomodulador de las vías de señalización13 y para detectar agentes terapéuticos, la transferibilidad de los resultados in vitro a entornos in vivo es esencial. Además, la oportunidad de que los análisis basados en ómicas de los niveles de ARN y proteínas caractericen los cambios moleculares en respuesta a la modulación dirigida de procesos angiogénicos en condiciones controladas sigue siendo un beneficio importante en comparación con los entornos in vivo 14,15.
En esta publicación, presentamos ensayos clave para explorar cuestiones relacionadas con la angiogénesis mediante la utilización de un ensayo de migración de imágenes de células vivas y un ensayo de brote de esferoides, incluidos análisis moleculares posteriores como la secuenciación de ARN para el análisis transcriptómico y la inmunohistoquímica a nivel de proteínas.
1. Cultivo celular HUVEC
NOTA: Realice todos los pasos siguientes en condiciones de trabajo estériles (banco de trabajo estéril).
2. Ensayo de migración de heridas por rasguño
NOTA: El ensayo de migración de la herida por rasguño requiere una duración de 3 días para completarse (Figura 1). Realice todos los pasos siguientes en condiciones de trabajo estériles (banco de trabajo estéril).
3. Extracción de ARN con células cultivadas en 2D
NOTA: Realice todos los pasos siguientes hasta el paso 3.3 en condiciones de trabajo estériles (banco de trabajo estéril).
4. Inmunocitoquímica con células cultivadas en 2D
NOTA: Realice todos los pasos siguientes hasta el paso 4.4 en condiciones de trabajo estériles (banco de trabajo estéril).
5. Ensayo de germinación de esferoides
NOTA: El ensayo de germinación de esferoides requiere 3 días para completarse (Figura 2). Realice todos los pasos siguientes hasta el paso 5.7 en condiciones de trabajo estériles (banco de trabajo estéril).
6. Extracción de ARN con células cultivadas en 3D
7. Inmunocitoquímica de esferoides en una matriz de colágeno 3D
8. Células endoteliales microvasculares de la retina humana (HRMVEC)
NOTA: Todos los pasos descritos también se pueden realizar con células endoteliales microvasculares, por ejemplo, células endoteliales microvasculares de la retina humana (HRMVEC). En ese caso, el medio debe cambiarse a un medio de células endoteliales microvasculares específico que contenga un 10% de suero fetal bovino (FBS) para el cultivo, así como pasos específicos en cada ensayo. A continuación se describen las diferencias específicas de HRMVEC con respecto a los protocolos de ensayo:
Para el ensayo de migración, es crucial examinar minuciosamente las imágenes capturadas en el punto de tiempo t = 0 h para garantizar que el sistema detecte con precisión la presencia de una monocapa celular completamente formada (Figura 1B). Además, se debe confirmar la claridad y rectitud del borde rayado (Figura 1B). El área libre de celdas debe estar en gran parte libre de escombros. Al final del ensayo, un grupo estimulado con, por ejemplo, 25 ng/mL de...
En este informe, presentamos un espectro de técnicas con lecturas funcionales y moleculares para estudiar la angiogénesis in vitro.
El ensayo de migración representa una técnica bien establecida que se utiliza en todos los campos del trabajo de laboratorio húmedo. Elegimos el enfoque de imágenes de células vivas disponible en el mercado para aprovechar el formato de 96 pocillos adecuado para experimentos de detección y dosis-respuesta, el tamaño de la herida estandarizado y...
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses en este proyecto.
Los autores agradecen a Sophie Krüger y Gabriele Prinz por su excelente apoyo técnico. Agradecemos a Sebastian Maier por desarrollar el plugin ImageJ para cuantificar brotes de esferoides y al Lighthouse Core Facility, Zentrum für Translationale Zellforschung (ZTZ), Department of Medicine I, University Hospital Freiburg por el uso del sistema IncuCyte. Los gráficos fueron creados con biorender.com. Este trabajo contó con el apoyo de la Deutsche Forschungsgemeinschaft [Bu3135/3-1 + Bu3135/3-2 a F.B.], la Medizinische Fakultät der Albert-Ludwigs- Universität Freiburg [Berta-Ottenstein-Program for Clinician Scientists and Advanced Clinician Scientists to F.B.], la Else Kröner-Fresenius-Stiftung [2021_EKEA.80 a F.B.], el Consorcio Alemán del Cáncer [beca CORTEX para Científicos Clínicos a J.R.] y la Volker Homann Stiftung [a J.N.+F.B.] y la "Freunde der Universitäts-Augenklinik Freiburg] e.V." [a P.L.]
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10x Medium 199 | Sigma-Aldrich | M0650 | |
Alexa Fluor 647-conjugated AffiniPure F(ab)‘2-Fragment | Jackson IR | 115-606-072 | |
Axio Vert. A1 | Zeiss | ||
CapturePro 2.10.0.1 | JENOTIK Optical Systems | ||
Collagen Type 1 rat tail | Corning | 354236 | |
Collagenase D | Roche | 11088858001 | |
Endothelial Cell Basal Medium | Lonza | CC-3156 | EBM |
Endothelial Cell Growth Medium | Lonza | CC-3162 | EGM |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Serva | 11290.02 | EDTA |
Fetal bovine serum | Bio&SELL | S 0615 | FBS |
Human Umbilical Vein Endothelial Cells, pooled | Lonza | C2519A | HUVEC |
IncuCyte ImageLock 96-well plates | Sartorius | 4379 | |
Incucyte S3 Live-Cell Analysis System | Sartorius | ||
Methocel | Sigma | m-0512 | |
Microvascular Endothelial Cell Medium with 10% FBS | PB-MH-100-4090-GFP | PELOBiotech | |
NaOH | Carl Roth | P031.2 | |
Phalloidin-Fluorescein Isothiocyanate Labeled (0.5 mg/mL Methanol) | Sigma-Aldrich | P5282-.1MG | Phalloidin-FITC |
Phosphate-buffered saline | Thermo Fisher Scientfic | 14190-094 | PBS |
Primary Human Retinal Microvascular Endothelial Cells | Cell Systems | ACBRI 181 | |
ProLong Glass Antifade Mountant with NucBlue | Invitrogen by ThermoFisher Scientific | 2260939 | |
QIAzol Lysis Reagent | QIAGEN | 79306 | |
recombinant human Vascular Endothelial Growth Factor | PeproTech | 100-20 | VEGF |
Squared petri dish | Greiner | 688102 | |
Trizol | Qiagen | 79306 | |
Trypsin | PAN-Biotec | P10-024100 | |
VEGF-R2 (monoclonal) | ThermoFisher Scientific Inc. | B.309.4 | |
WoundMaker | Sartorius | 4493 |
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